排气道策略hcci模拟与试验研究

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1、排气道策略HCCI模拟与试验研究SimulationandExperimentStudyonHCCIBasedonExhaustPortSTRATEGY作者姓名：郝英凯专业名称：精密仪器及机械指导教师：高印寒学位类别：工学硕士答辩日期：2015年5月31日摘要排气道策略HCCI模拟与试验研究当今社会能源与环境问题日益严重，随着汽车产销量的持续增高，石油资源的加速消耗，发动机朝着节能和减排的方向发展。HCCI燃烧是一种新型燃烧方式，它结合了传统柴油机和汽油机的优点，利用可变气门技术实现内部EGR策略的HCCI发动机可以减小泵气损失、增大压缩比、实现均质

2、燃烧、减少NOX和PM的排放、提高热效率、提高发动机的动力性能和经济性能从而引起了学术界的广泛关注。人们希望HCCI发动机可以在未来取代传统汽油机和柴油机，在节能与减排方面做得越来越优秀。HCCI燃烧是一种新型燃烧方式。由于其适用燃料非常多，燃烧机理并未被人们所掌握，使得人们在控制HCCI着火过程与燃烧速率上束手无策。采用基于内部EGR策略的HCCI燃烧使得人们可以控制EGR量，从而调节发动机负荷状况，人们可以通过进气加热或混合高温废气与新鲜工质的办法控制发动机缸内工质的浓度、温度，人们希望通过改变这些参数来对HCCI发动机的着火过程进行精确控制。本

3、文利用GT-Power和CHEMKIN软件联合模拟基于排气道EGR策略的HCCI发动机换气与燃烧过程；探索HCCI燃烧的具体过程与气门可变定时对HCCI着火、燃烧过程的控制方法，探索HCCI发动机的动力性能和经济性能；搭建HCCI发动机试验平台，做关于排气道EGR策略HCCI燃烧的初步试验，验证模拟结果。本文主要进行以下研究：(1).搭建HCCI发动机仿真平台。利用GT-Power求解进气管、排气管内工质的一维显式质量、动量和能量方程；求解进气道、排气道内工质的等熵流动方程；利用CHEMKIN软件进行基于详细正庚烷与异辛烷化学反应机理的HCCI燃烧方

4、程求解；求解零维单区质量、组分、气体能量方程；自定收敛条件完成联合仿真的循环过程。(2).搭建汽油HCCI燃烧发动机试验台架。通过加入加长活塞与加长缸套等组件将发动机的压缩比改为11.5，将火花塞安装至原喷油器安装孔处，加入点火控制系统，燃油喷射系统，使得发动机可以通过HCCI/SI方式进行工作。采用电液配气机构代替原凸轮轴式配气机构，利用自主开发的发动机电控系统控制火花塞、配气机构、喷油器等执行器件。通过自主开发的数据采集系统采集缸压、气门行程、曲轴转角等信号。通过工控机显示界面实时进行发动机参数的控制。利用此试验平台进行试验，考察排气门关闭角变化

5、对于发动机燃烧过程的影响，与I模拟结果比对，发现缸压升高率略低于模拟缸压升高率。最大压力值比模拟值低。模拟曲线捕捉到了燃烧始点。(3).利用建立好的HCCI发动机仿真平台进行关于排气道EGR策略的HCCI燃烧模拟研究。考察排气门关闭角单独变化时，HCCI发动机的换气过程和燃烧过程的变化规律。模拟结果为：随着排气门关闭角增大，缸内EGR率从31%持续增加至62%。T13（燃烧上止点前13度）从909K至1026K变化，随EGR率增加，T13不断上升。累积放热率曲线随排气门关闭角增加而左移，BMEP值随EGR率升高而降低，从0.256Mpa至0.56Mp

6、a之间变化。BSFC值随EGR率升高而增大，变化范围是从261g/kw-h至369g/kw-h。(4).考察排气门关闭角从450°CA至550°CA变化，进气门开启角从360°CA至400°CA变化时，HCCI发动机的动力性能、经济性能。在此定时区域内，EGR率变化范围是从32.2%至73%,容积效率变化范围是从19.8%至47%，BEMP值从0.1437Mpa至0.52Mpa变化，BSFC值从290g/kwh至530.6g/kwh变化。考察排气门关闭角从450°CA至560°CA变化、进气门关闭角从540°CA至570°CA变化时，HCCI发动机的

7、动力性能和经济性能。在此定时区域内，EGR率变化范围从33.2%至70.4%。容积效率变化范围从17.6%至46.5%，BMEP变化范围从0.11Mpa至0.502Mpa。BSFC值变化范围从294.0g/kw-h至507g/kw-h。关键词：发动机，HCCI，VVT，排气道策略，EGR率，联合模拟IIAbstractSimulationandExperimentStudyonHCCIBasedonExhaustPortStrategyIntoday’ssociety,energyandenvironmentproblemhavebecomemore

8、andmoreserious.Asvehicleproductionconstantlyincreases,